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基于单片机的声速随温度变化测量系统

发布时间:2020-06-30 22:16:02 阅读: 来源:吹瓶机厂家

摘要:空气中的声速随着温度的变化而变化。开发了基于单片机的声速随温度变化的测量系统,该系统利用80C196KC的高速输出和输入功能,记录下扬声器发出声波和麦克风接受声波的时间,并利用二极管作为温度传感器测量空气温度。利用PC的串口通信功能和Visual Basic的良好界面实时测绘出声速随温度变化的关系曲线。该曲线与理论曲线非常吻合。该测量系统已经应用于大学物理实验课堂。关键词:声速测量;80C196KC单片机;串口通信;Visual Basic0 引言 在大学物理实验中,测量声速的实验很多,其中比较常见的就是利用压电陶瓷片产生超声波,并运用相位比较法或驻波法测量声波的波长λ,根据v=λf计算出声速,其中,f是声源振动频率。但是声速是随温度变化的,该装置难以实时测量随温度变化的声速。因此实验室开发了基于单片机的声速随温度变化的测量系统,该系统利用最简单直观的脉冲法,即通过直接测量声波传播一定距离l所需的时间t,求得声速v=l/t。该系统由80C196KC单片机、扬声器和麦克风模块、电阻丝加热模块、温度采集模块、以及单片机与PC串口通信模块组成。该系统能实时测绘出声速随温度变化的关系曲线,与理论曲线吻合得非常好。该系统现在已用于大学物理实验教学中,既响应了国家要求大力发展“卓越工程师教育”的号召,又培养了学生的物理实验技能,还培养了学生初步的电子应用能力和电路设计能力,也让学生对单片机有了初步的认识,在一定程度上提高了学生的就业能力。1 系统框架图 本实验系统分为四个模块,如图1所示。第一个模块完成温度采集功能,用到的温度传感器是最基础的电子元件二极管。二极管的正向电压随着温度的变化而变化,80C196KC单片机采集到二极管的正向电压信号,从而反映出温度的变化;第二个模块是扬声器和麦克风,声波经过扬声器发出后,被反射片反射回来,麦克风接收到声波后,引发单片机的高速输入中断,两者的时间差由单片机系统记录;第三个模块完成单片机与PC的串口通信功能。PC采集到温度和声速数据后,利用Visual Basic的良好界面,作图实时显示声速随温度变化的关系曲线;第四个模块是均匀缠绕电阻丝的玻璃管。给电阻丝加上电压,电阻丝发热,管内的空气温度就逐渐升高。第一个模块的二极管就放置在玻璃管内的两侧。第二个模块的扬声器和麦克风放置在管内左侧,而声波反射片则放置管内右侧。可以测量出扬声器到反射片的距离。

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